Los Materiales y la Biocompatibilidad

  1. Introducción

Los biomateriales desempeñan un papel crucial en el campo de la medicina y la ingeniería biomédica. Son utilizados para fabricar distintos tipos de dispositivos como implantes y sustitutos biológicos que interactúan con el cuerpo humano (figura 1). El estudio de la interacción entre los biomateriales ha resultado en avances significativos en el tratamiento de enfermedades y lesiones [1]. 

         Figura 1.  Biomateriales (1) prótesis de aleación de titanio alfa-beta,
                                 (2) Prótesis de Ti6Al-7Nb
Fuente:  Síntesis y caracterización de la aleación Ti6Al-7Nb para aplicaciones bio medicas. Mexico, y https://agenciadenoticias.unal.edu.co/detalle/aleacion-de-titanio-tiene-mayor-potencial-para-implantes

2. Concepto y tipos de Biomateriales

Los biomateriales son materiales artificiales o naturales que se utilizan en dispositivos médicos o terapias para reemplazar partes de los sistemas biológicos del cuerpo. Estos materiales deben ser compatibles con el cuerpo humano, lo que significa que no deben causar una reacción adversa o ser rechazados por el sistema inmunológico. Los biomateriales pueden ser utilizados en una amplia gama de aplicaciones, como implantes ortopédicos, dispositivos cardiovasculares, prótesis dentales, entre otros [2].  

Existen varios tipos de biomateriales, cada uno con sus propias características y aplicaciones específicas. A continuación, se presentan algunos de los más comunes :

  1. a) Biomateriales metálicos, como el acero inoxidable, el titanio y sus aleaciones, son ampliamente utilizados en implantes ortopédicos y dispositivos cardiovasculares debido a su resistencia mecánica y durabilidad (figura 2). Estos materiales son compatibles con el cuerpo humano y pueden permanecer en el cuerpo durante largos períodos, sin causar problemas. [4].
  2.  

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 2. Implantes ortopédicos: sistema fijadores externos.  Fuente: Proyecto DISEÑO Y PRODUCCIÓN NACIONAL DE IMPLANTES DE FIJACIÓN ÓSEA, Hospital General Regional Uyapar del IVSS

  1. b) Biomateriales poliméricos, como el polietileno, el poliuretano y el teflón, son flexibles y pueden ser diseñados para imitar las propiedades de los tejidos biológicos. Estos materiales son utilizados en una variedad de aplicaciones, como suturas, prótesis y fármacos de liberación controlada [4].
  2. c) Biomateriales cerámicos, como la hidroxiapatita y la porcelana, son conocidos por su resistencia a la compresión y su biocompatibilidad. Estos materiales se utilizan comúnmente en implantes dentales, recubrimientos para implantes ortopédicos y como rellenos óseos en cirugías ortopédicas [3].
  3. d) Biomateriales compuestos son una combinación de dos o más tipos de materiales, como polímero-cerámica o metal-polímero. Fusionan las ventajas de cada tipo de material para crear un biomaterial con propiedades específicas para aplicaciones especializadas [3].
  1.  
  2. Características de lo biomateriales

Los biomateriales presentan una serie de características que los hacen adecuados para su uso en aplicaciones médicas y biomédicas.  Algunas de ellas son:

  1. a) Biocompatibilidad. Deben interactuar de manera segura con los tejidos vivos sin provocar toxicidad ni inflamación, es decir, deben ser compatibles con el cuerpo humano y no causar reacciones adversas o rechazo por parte del sistema inmunológico [3]. Entre las normas que rigen los criterios de biocompatibilidad para los dispositivos médicos implantables se encuentran la serie ISO 10993. Estas normas abordan diferentes aspectos como el tipo de material, el tipo y duración del contacto con el cuerpo, y consideraciones de seguridad biológica específicas. Incluyen una serie de pruebas que se deben realizar para garantizar que los implantes no produzcan efectos negativos en el ser humano; algunas de ellas son:
  • Pruebas in vitro e in vivo para evaluar la trombogenicidad
  • Pruebas de genotoxicidad y carcinogenicidad
  • Pruebas de toxicidad en la reproducción
  • Pruebas de irritación y sensibilidad
  • Pruebas de interacción con la sangre
  • Pruebas de citotoxicidad in vitro
  • Evaluación macroscópica de los sitios de implante [2] .
  •  
  1. b) Resistencia mecánica. Deben soportar las cargas y tensiones a las que serán sometidos en el cuerpo humano. Por ejemplo, los implantes ortopédicos deben ser capaces de soportar el peso del cuerpo y las fuerzas ejercidas sobre ellos sin fracturarse o deformarse [4].
  2.  
  3. c) Químicamente estables para evitar la degradación prematura o la liberación de sustancias tóxicas en el entorno biológico donde funcionan. La estabilidad química asegura que los biomateriales mantengan sus propiedades estructurales y funcionales durante el tiempo que permanecen en el cuerpo [3].
  4.  
  5. d) Algunos biomateriales son bioactivos, lo que significa que tienen la capacidad de interactuar con los tejidos vivos para promover la regeneración y el crecimiento celular. Estos biomateriales pueden estimular respuestas biológicas específicas que favorecen la integración con los tejidos circundantes [4].
  6.  
  7. e) En determinadas situaciones, es recomendable que los biomateriales sean biodegradables, lo que significa que se descomponen en el organismo con el tiempo. Esta característica es crucial en aplicaciones donde el implante tiene un carácter temporal y se anticipa que se degrade una vez que ha cumplido su función, lo que elimina la necesidad de cirugías adicionales para su extracción [3].

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 [1]   Rafael Gómez (2023). Biomateriales: tipos y aplicaciones principales. En:  https://www.mentesabiertaspsicologia.com/blog-psicologia/biomateriales-tipos-y-aplicaciones-principales

 [2]   ISO/FDIS 10993-1 Biological evaluation of medical devicesPart 1: Requirements and general principles for the evaluation of biological safety within a risk management process (en desarrollo). En : https://www.iso.org/standard/84512.html

 [3]  Cesar Yair Muñiz Lerma (2021). Tesis de Maestría en Ciencias de los Materiales: Síntesis y caracterización de la aleación Ti6Al-7Nb para aplicaciones biomédicas.  Centro de Investigación en Materiales Avanzados, Mexico. En: https://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1004/2621/1/Cesar%20Yair%20Mu%C3%B1iz%20Lerma%20-%20Maestr%C3%ADa%20en%20Ciencia%20de%20Materiales%20-%202021.pdf

 [4]  José Miguel Julián Enríquez y Natalia de Fuentes Juárez(s/f). Biomateriales COT en aleaciones metálicas, polímeros y cerámicas. Hospital Clínico Universitario de Salamanca. En: https://unitia.secot.es/web/manual_residente/CAPITULO%2014.pdf.

Autores: Víctor Torres, Luis Pérez, Eva Acevedo, Irenamar Herrera.
Unidad de Ensayos No Destructivos , Análisis de Falla y Corrosión.
Centro de Tecnología de Materiales